數控技術在數控銑床中的應用

李雙晶

（寧夏工業職業學院，銀川 750000）

現階段，數控技術在數控銑床中的應用越來越廣泛，促使數控銑床的機械加工制造更加趨向信息化、現代化、一體化以及機械化。它能在保證機械加工制造效率與質量的同時，大幅度降低人工成本，提升機械效率和企業經濟效益，備受廣大機械加工制造企業的青睞。

1 我國數控技術與數控銑床發展現狀分析

當前，我國的數控技術與數控銑床發展迅速。數控技術的廣泛運用及互聯網技術、計算機技術的普及，能夠幫助機械加工制造業快速傳達加工工作的要求與指令，確保機械加工制造對加工產品的質量把關，強化機械加工制造業的技術研究氛圍。數控技術是機械加工制造技術發展和管理的關鍵，因此參與機械加工制造與數控銑床行業的相關人員需要加強數控技術應用具體內容與專業知識的學習和實踐。此外，機械加工制造行業的管理者在加強數控技術應用質量和效率的同時，應分析數控技術應用的核心內涵與要求，營造良好的數控技術應用氛圍。

2 數控銑床的組成及工作流程

2.1 數控銑床的基本組成

圖1為數控銑床的基本組成，主要包括計算機數控系統、伺服系統與驅動裝置、測量反饋系統、控制裝置與輸入輸出裝置、可編程邏輯控制器與CPU 控制操作系統以及數控銑床功能主體等。

2.1.1 計算機數控系統

計算機數控系統即數控銑床相對應的CNC 裝置，包含數控銑床的計算機系統、位置控制系統及檢測反饋裝置、PLC 接口及其裝置系統、系統通信接口板、擴展功能模塊以及各部件相應控制命令軟件等數控系統模塊。它主要通過輸入的零件加工程序或是特定的操作命令進行分析與處理，隨即輸出控制命令并執行[1]。

圖1 數控銑床的基本組成

2.1.2 伺服系統與驅動裝置和測量反饋系統

數控銑床的伺服系統與驅動裝置組成了它的主軸伺服裝置、主軸電動機以及進給伺服驅動裝置等，實現了數控銑床的運行。測量反饋裝置及其系統則包含了位置與速度測量裝置，能很好地完成主軸、進給速度閉環控制任務。此外，主軸電動機與主軸伺服裝置通過各種指令控制實現工件的加工和切削工作。控制量主要為速度和位置。進給伺服系統可以靈敏并準確地獲取數控系統傳達的速度和位置指令，進而執行機械加工制造的成型工序。

2.1.3 控制裝置與輸入輸出裝置

數控銑床的控制裝置不僅可以進行工件加工程序的記錄分析，還可以加強人機聯系。數控銑床的輸入輸出裝置是與外界進行信息交互的關鍵系統。數控系統與外部設備的聯系可以自行準確地記錄控制裝置中的零件加工程序，然后將其輸入數控系統。當下最常用且最廣泛的輸入輸出設備與控制裝置為磁盤與磁盤驅動器。此外，數控銑床還可以利用最新的通信方式，融入計算機輔助設計，加之柔性制造系統與計算機集成制造系統，實現與外部設備的通信[2]。

2.1.4 可編程邏輯控制器與CPU 控制操作

數控銑床中數控系統的可編程邏輯控制器與CPU 控制操作通常用于執行計算機的邏輯運算和順序動作I/O 控制。數控銑床上的I/O 控制電路及其裝置系統具有繼電器、電磁閥以及行程開關等電氣設備之外的邏輯電路，可以與整體電氣控制設備系統組合使用，接收數控系統的各種命令并進行轉碼，編譯成相對應程序的控制信號，從而輔助數控銑床部件完成相應的操作。

2.1.5 數控銑床功能主體

數控銑床的各個功能主體構成了數控機床系統，是數控系統的主要控制目標。數控系統下達的指令由它們進行執行，進而實現機械加工制造工作。數控銑床主運動部件由主軸和主運動傳動機構構成，以保障工件的加工軌跡與穩定性。進給傳動部件主要由工作臺、拖板及主運動部件附屬的傳動機構組成，具有輔助和傳動功能。數控銑床主體框架由立柱、結構框架以及床身等支撐部件構成[3]。

2.2 數控銑床與數控系統運行流程

數控銑床進入工作狀態后，會先行將加工程序中各個工序與步驟及工件與零件之間的相對位移轉化為數字化代碼，隨后根據加工工藝順序形成數字控制程序即NC 程序，再通過控制介質或是人工輸入的方式進行NC 程序的輸入，進而完成數控銑床的程序輸入、數控銑床狀態分析、刀具等狀況的分析處理與計算，最后經由數控系統與計算機系統發出控制指令，使得數控銑床伺服系統、主運動系統等執行機械加工制造工作。圖2 為數控銑床機械加工制造中數控系統的數據轉化。

圖2 數控銑床機械加工制造中數控系統的數據轉化

2.2.1 轉譯編碼

數控系統執行轉譯編碼程序時會將所有信息轉化為通用美國信息交換標準代碼（American Standard Code for Information Interchange，ASCII）進行表達，再以若干程序段為單位段進行刀補處理工序數據格式轉化，主要有加工部件、零件相應三相坐標軸及其數值、進給速度、主軸轉速以及使用刀具代號等。

2.2.2 刀補處理工序

導入、輸入的工件加工程序按照工件輪廓進行繪制。數控銑床通過刀具的位移變化切削出形狀，其中的主要依據為刀具的中心軌跡。因此，在接到工件加工程序后，相關工作人員需要立即轉工件加工輪廓為刀具中心軌跡，否則將會出現貨不對版的情況。需要說明的是，數控銑床的刀補處理是轉換圖紙程序的工作。

2.2.3 插補處理

數控銑床會按照規定的插補周期進行插補處理。根據數控系統得到的進給速度與工件加工程序的輪廓，計算各個進給軸所需的位移指令，并在此指令傳達到數控銑床的伺服系統后才能完成刀具的切削和磨銑成型工作。

2.2.4 可編程邏輯控制器控制

數控銑床數控系統中的可編程邏輯控制器可以順序控制所有動作指令，并以數控系統與數控銑床各功能部件的電氣設備、行程開關、傳感器以及繼電器等一系列信號狀態為基礎，遵循加工工件程序設定的邏輯順序，實行類似主軸的運動與轉向、刀具更換、工件更換、冷卻與潤滑系統等。

3 數控技術在數控銑床的應用探究

3.1 加強數控銑床數控技術的研究與開發

數控銑床加工廣泛運用數控技術進行控制與處理操作。在了解數控銑床的結構、運轉流程、原理及數控技術后可知，想要提升我國機械加工制造水平和數控銑床加工效率、便利性及經濟效益，需加強數控技術的研究與開發。它將直接影響到數控銑床的運行狀態與加工質量。

3.1.1 強電關斷程序軟件

強電關斷程序軟件在其他機械設備中常有提及，但在數控銑床數控技術中剛剛興起，如今已成為數控技術軟件開發中的關鍵一項，是其他數控程序的基礎與安全保障。因此，必須保證它在數控銑床數控系統中的優越性，稱為強電關斷優先原則。圖3 為實際銑床軟件設計案例，一旦控制電路中檢測到強電關斷信號，都會擱置其他控制信號使得系統處于強電關斷狀態，除非人為二次開啟，否則不會接通中間繼電器，實現了自鎖的任務狀態。圖3 中，檢測到控制信號X02=1 時，則自動強電關斷繼電器M100。這個強電關斷程序可以有效保障數控銑床運行的穩定性和安全性，還可以確保數控銑床的高精度。

圖3 實際銑床軟件設計案例

3.1.2 動作順序連鎖控制程序軟件

數控銑床的工作程序擁有紀律性極高的順序要求，一旦出現任何順序上的差錯，都會造成不可預估的后果，不僅影響工件加工質量和企業的經濟效益，更有甚者會引發安全事故。因此，數控銑床與數控技術必須確保銑床動作順序處在加工程序設定的正常運行工序。動作順序連鎖控制程序軟件不僅可以實現這一目的，還能利用順序連鎖控制程序確保其萬無一失。在數控銑床工作中，將前一個加工工序的常開點串聯于下一個加工工序的啟動回路中，再將后一個加工工序的常閉點串聯到前一個加工工序的關斷電路中，以確保數控銑床加工工件時只有前一個加工工序完成后才會啟動后一個加工工序，從而確保不會產生順序混亂的情況，同時提升數控銑床效率，降低人力資源的投入，提升企業的經濟效益。

3.2 全面提升相關操作人員的綜合素質水平

數控銑床需要相關操作人員的參與進行機械加工制造，因此要想促進我國機械加工數控銑床行業的發展，第一要務為全面提升相關操作人員的綜合素質水平。企業應當定期組織交流會、專家講座等基礎專業知識層面的活動，篩選相關操作人員進行針對性的知識理論培養。高職院校承擔著我國超過一半的實用型人才的培養。學生的專業水平固然重要，但應在培養學生理論知識的同時提高其實踐操作訓練水平，如開展動手實踐實訓、機械加工制造實訓以及數控銑床實操實訓等。行業內還應該設立一套符合自身發展狀況的人才激勵體系，促進操作人員不斷進步，迸發出更多的創新動力，達到全面提升人員綜合素質水平的目的。

3.3 科學管理刀具使用

刀具不僅是數控銑床的最基礎功能部件，還是加工工件的成型手段。刀具的使用對數控銑床的加工精度、穩定性及加工效率有很大影響。此外，刀具的選擇要考慮耐磨屬性、強度以及剛性。在長時間加工、磨銑或是材料硬度過大的情況下，需科學并正確地選擇刀具，減少因刀具磨損或是崩裂造成的加工工件質量不達標的情況。大部分數控銑床加工處在高溫和高壓的環境下，而長時間的機械加工非常考驗刀具本身的質量與精度。因此，需根據實際情況進行刀具的更換。工件材料表面粗加工工序可以使用剛性較高、精度稍差的刀具完成初步的輪廓加工，降低余量。后續的精加工階段則必須選用精度高、耐磨性能好的刀具，以保證加工工件的質量及效率，減少返工情況，提升企業的經濟效益。

3.4 確保人才補充

如今機械加工行業面臨著人才流失和無法得到高技術水平人才補充的嚴峻挑戰。因此，我國高校應加強校企之間的合作，增進學生與實業的對接，為機械加工制造業不斷輸送新鮮的血液。機械加工企業的技術人才可以負責更多的實踐教學，讓學生更快地從理論知識學習過渡到實踐活動，全面提升學生的數控技術實踐水平，為我國數控技術行業提供人才。

4 結語

在科技迅速發展的大環境下，機械加工制造企業要想在行業內站穩腳跟，占據更多的市場份額，務必要把握好時代發展的潮流及風向，盡最大可能降低任何不利因素給機械加工與數控銑床質量控制帶來的影響。機械制造企業要重視數控技術發展，加強校企融合，并根據自身切實情況優化方案，增進數控技術的應用水平，努力縮短我國數控技術應用與國外先進水平的差距，從而為我國機械加工制造水平作出積極貢獻。